Содержание
Сварка стальных труб встык применяется на линейных участках для соединения изделий с равным диаметром.
Сущность стыковой сварки заключается в том, что трубопрокат располагают на прямой линий и выполняют работу в два этапа: формируют корневой шов (соединяет 2-3 мм), зачищают окалину, и накладывают второй, иногда третий слой. При валковом шве, который формируют в несколько подходов на поверхности остается валик высотой до 3 мм. В зависимости от условий процесс осуществляют следующими способами:
- Безотрывный: при допустимости вращения свариваемых труб;
- С отрывом, если нужно соединить уже закрепленные элементы.
Для выполнения стыковой сварки преимущественно используют две технологи:
- Газовая: торцы разогреваются горелкой с кислородным факелом до оплавления, затем капли расплава сварочной проволоки заполняют пространство шва;
- Электродуговая: плавление производится под действием тока, дуга оплавляет края, одновременно присадочный материал переносится в ванну и формирует стык.
На каждом объекте объем работ можно разделить на этапы.
 |
Оборудование для газовой сварки труб: 1,4 - баллоны; 2,3 - редукторы; 5 - шланги; 6 - труба; 7 - горелка
Подготовительные работы:
- Проверка геометрических параметров трубы: при стыковке не допускается овальность, разностенность и иные дефекты, превышающие установленные допуски;
- Изучение технической документации, выбор режимов, инертных газов, присадочных материалов с учетом толщины проката, марки стали, температуры окружающего воздуха;
- Проверка ровности среза (90⁰), соединяемые детали должны прилегать друг к другу без зазоров;
- Зачистка торцов и околошовной зоны (до 10 мм) до металлического блеска;
- Обезжиривание рабочего участка, удаление окалины, масел и других загрязнений, а также покрытий и напылений;
- Угол раскрытия кромок должен составлять 35-65⁰ с показателем притупления 2 мм. Если эти параметры не соблюдены, применяют дополнительную обработку торцевателем;
- Проверка правил техники безопасности: сварочное оборудование должно быть заземлено, все провода изолированы, специалисты используют защитные средства и резиновую обувь (допускается коврик).
Сварочные работы:
- Сборка труб под приварку производится вручную или с помощью центратора (внутреннего или наружного);
- Если необходимо соединить трубу диаметром до 300 мм, выполняют 4 прихватки для фиксации в противоположных точках. Для больших диаметров прихватки выполняют на расстоянии 250-400 мм;
- Первый провар обеспечивает хорошее сцепление кромок. Для этого накладывают нитевидный шов на короткой дуге, с перекрытием на 20-25 мм. После выполнения каждого слоя производят зачистку от шлаков;
- Второй и последующие слои формируют возвратно-поступательным движением электрода от кромки к кромке. В зависимости от их количества второй шов может быть вогнутым, а третий – выпуклым;
- Начиная с третьего слоя направление движения по контуру трубы меняют на противоположное.
 |
Схема сварки труб большого диаметра: а – первого слоя, б – второго слоя
Заключительные этапы работ:
- Очистка стыка от брызг, устранение дефектов;
- Проверка на герметичность;
- Установка клейма.
Способы стыковой сварки
Монтаж трубопроводов осуществляют газовым и электрическим оборудованием. Главное отличие газосварки: медленный нагрев металла. Для решения некоторых задач это становится преимуществом, но при увеличении толщины стенки – это всегда недостаток. Из-за медленного поступления тепла область нагрева увеличивается в ширину, что может вызвать коробление металла, формирование избыточных напряжений.
Температура сварки труб встык зависит от T⁰ плавления, теплоемкости сплава, а также погодных условий. Допускается проводить работы до -50°C без ветра, но в зимнее время металл быстро охлаждается. Этот фактор ограничивает возможности газопламенного метода.
Для выполнения газовой сварки к аппарату подключают два баллона с газами: горючий (пропан, бутан, ацетилен) и окислитель (кислород).
Сравнение методов:
- Электрооборудование компактнее, чем газовое. Необходимость постоянно заправлять и подвозить баллоны выступает сдерживающим фактором, но итоговая стоимость конструкций выходит ниже;
- Электросварка позволяет применять защитные газы, в то время как швы при газосварке подвергаются окисляющему воздействию пламени и защиты флюсов не всегда достаточно. Стыки обладают меньшей коррозионной стойкостью и не могут выполняться в нагруженных узлах;
- Область нагрева при электросварке меньше, а температура плавления достигается быстрее. Плохо это или хорошо – зависит от свойств металла;
- Для стыкования толстостенного металла можно применять только электродуговой метод.
В зависимости от местоположения объекта и поставленных задач сварка трубопровода встык тем или иным способом оказывается предпочтительнее.
Выбор электродов
Электрод – это металлический стержень со специальным покрытием. Во время сварки он плавится и заполняет сварочную ванну, одновременно обмазка выделяет газы, которые защищают расплав от окисления. Неплавящиеся электроды изготавливают из вольфрама (с обмазкой или без), графита или угля.
 |
Чертеж плавящегося электрода
При стыковой сварке стальных труб могут использоваться следующие группы:
- Для сварки теплоустойчивых нержавеющих сталей;
- Для высоколегированных марок со специальными свойствами;
- Для конструкционного материала с применением дуговой сварки;
- Для наплавки металла и др.
При газовой сварке применяют присадочную проволоку, близкую по химическому составу к основному металлу, но температура ее плавления должна быть несколько ниже. Если стыкование проводят электрооборудованием, следует учитывать способ подачи тока:
- Переменный – поток электронов в пределах 50 Гц;
- Постоянный – для работы с равной частотой.
Ошибка приводит к неравномерному горению дуги, брызгам, наплвкам, шов получается кривым. С помощью точного подбора электродов можно сократить негативные последствия нагрева закаленных сталей, выгорания карбидов, предотвратить трещинообразование. Для каждого вида стальных труб сварочные материалы подбирают с учетом ряда характеристик:
- Временное сопротивление: если прочность присадок окажется выше, в соединениях образуются концентраторы напряжений, а работоспособность конструкции снизится;
- Относительное удлинение: зависит от условий эксплуатации;
- Ударная вязкость: показатель равен или выше, чем у стали;
- Легирующие элементы: во время нагрева структура стали беднеет из-за выгорания углерода, а присадки перераспределяются.
Тип покрытия отвечает за характер переноса металла через дуговой промежуток, формирование шва в разных положениях, отделяемость шлаков, а также за наводораживание, насыщение серой, кислородом, органическими веществами.
Преимущества стыковой сварки трубопроводов
Соединение линейных участков трубопроводных систем выполняют вручную и автоматизированным методом. Стыковая сварка отличается:
- Надежностью и прочностью швов за счет равномерного распределения напряжений и однородности металла;
- Не требуется специальная подготовка кромок, как при угловом соединении;
- Скоростью выполнения работ, низкими затратами при высоком КПД.
Стыковое соединение более долговечно, поэтому в качестве альтернативы остальным видам монтажа созданы соединительные детали трубопроводов: тройники, отводы, переходы. Применение стыковой сварки распространено в промышленных секторах: для укладки бесстыковых рельс, изготовления сложных узлов в машиностроении, в производстве инструментов.